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Messtechnik

3D-Druck in Echtzeit überwachen

| Redakteur: Udo Schnell

Zusammen mit vier Industriepartnern arbeitet das Fraunhofer-Institut IKTS an einem Inline-Messverfahren für die additive Fertigung. Die Projektpartner wollen ein berührungsloses Prüfsystem entwickeln, das sich unter Produktionsbedingungen einsetzen lässt.

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Ziel des Projektes Addi-Line ist ein prozessintegriertes Prüfsystem, das die Qualität der 3D-gedruckten Komponente beim Entstehen in Echtzeit überwacht.
Ziel des Projektes Addi-Line ist ein prozessintegriertes Prüfsystem, das die Qualität der 3D-gedruckten Komponente beim Entstehen in Echtzeit überwacht.
(Bild: Fraunhofer-IKTS)

Additive Fertigungsverfahren sind aus der Industrie nicht mehr wegzudenken. Wie das Fraunhofer-IKTS ausführt, kann es aber teuer werden, wenn es beim Drucken zu Fehlern kommt. Diese Verluste lassen sich, so das IKTS, reduzieren, wenn Unregelmäßigkeiten bereits während des Druckvorgangs erkannt und der Bauteilaufbau zeitnah gestoppt wird.

Im gerade gestarteten Projekt Addi-Line qualifizieren dafür fünf Projektpartner neben einer Kontrolle der Materialabgabe beim Drucken die Laser-Speckle-Photometrie für die Überwachung des „Thermoplastischen 3D-Drucks“.

Der thermoplastische 3D-Druck (T3DP) ist ein neues additives Verfahren, das am Fraunhofer-IKTS entwickelt worden ist. Mit diesem Verfahren lassen sich auch Keramiken und Hartmetalle für den 3D-Druck nutzen.

Für eine hohe Prozessstabilität und Qualität der Bauteile wird, wie das IKTS ausführt, eine Inline-Prozesskontrolle benötigt. Bisherige Lösungen produzierten zu hohe Datenmengen, deren Auswertung viel Zeit in Anspruch nehme oder seien für das begrenzte Platzangebot im Drucker zu groß. Zudem könnten sie keine definierten Materialparameter (zum Beispiel Porosität oder Defekte) prüfen, auf die der Fertigungsprozess abgestimmt werden müssten.

Integrierbares Prüfsystem für hochwertige 3D-Druck-Bauteile

Ziel des Projekts Addi-Line ist die Entwicklung eines Mess-Systems mit zwei Komponenten, führt das IKTS aus. Die erste Komponente überwache mittels Lichtschranke, ob das zu verdruckende Material den Drucker tatsächlich verlässt. Dies sei Voraussetzung für eine korrekte Anbindung der Materialtropfen untereinander, so dass keine Lufteinschlüsse entstünden. Die zweite Komponente, die integrierte Laser-Speckle-Photometrie (LSP), prüfe berührungslos die vorher festgelegten Parameter der entstehenden Struktur in Echtzeit.

Die zu entwickelnde berührungslose Prüftechnik soll als kostengünstiges System mit flexiblem und robustem optischen Aufbau realisiert werden. Um dessen Einsatz unter Produktionsbedingungen zu testen, werde das modulare System mit beiden Komponenten in eine T3DP-Anlage integriert. „Der Anlagendemonstrator bildet so die Grundlage für eine völlig neuartige additive Fertigungstechnologie, die die Herstellung für ein breites Materialspektrum von hochwertigen Single- und Multimaterial-Bauteilen ermöglicht,“ fasst Dr. Beatrice Bendjus, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer IKTS, zusammen.

Gebündelte Kompetenz für ein breites Einsatzspektrum

Das Vorhaben erfordert das Einbringen vielfältiger Kompetenzen: Außer den Industriepartnern Hoyer Montagetechnik GmbH, Vermes Microdispensing GmbH, Thomas Werner Industrielle Elektronik e. Kfm und Viimagic GmbH wirkt das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS im Projekt mit.

Die Partner zeigen sich optimistisch, dass mit dem Prüfsystem zukünftig verschiedene Materialgruppen auf weitere physikalische, mechanische sowie thermische Eigenschaften untersucht werden können, heißt es weiter. Damit sollen wichtige Impulse für den Einsatz des Verfahrens in der Keramikindustrie, für Bohr- und Fräswerkzeuge, aber auch in der Medizin sowie dem Maschinen- und Anlagenbau gegeben werden.

Das Projekt „Laser-gestützte Inline-Überwachung der additiven Fertigung von Keramiken und Hartmetallen“ läuft bis zum Frühjahr 2021 und wird innerhalb der Fördermaßnahme „Photonik für die flexible, vernetzte Produktion – Optische Sensorik“ im Rahmen des Programms „Photonik Forschung Deutschland“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. MM

* Weitere Informationen: Dipl.-Chem. Katrin Schwarz, Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, 01277 Dresden, Tel. (03 51) 25 53-77 20

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